氫分子氣體療法作為一種新興且前景廣闊的療法策略，與其他氣體療法途徑相比，特別是在生物安全性方面具有巨大優(yōu)勢，但由于氫氣溶解度低、在體內擴散性高但無目標定向性，目前面臨著在長期、高濃度、針對深部病變部位遞送氫氣方面的巨大挑戰(zhàn)。對此，我們提出構建一種負載氨硼烷的介孔二氧化硅納米藥物（AB MSN），以實現氫氣在瘤內的高載量遞送和原位酸控釋放。所構建的AB MSN納米藥物具有超高的氫氣負載能力（130.6 mg/g，比傳統(tǒng)的脂質體包裹氫氣納米藥物H2 liposome高出1370倍以上），并表現出高度酸響應性的緩釋行為，在體外和體內均展現出高效的抗癌活性和高生物安全性。所提出的這種基于納米藥物的策略，為精準高效氫療法開辟了新途徑。

1引言

氫氣被廣泛證明具有抗炎和抗癌作用，在調節(jié)體內平衡方面具有重要的生理功能，包括選擇性治療病變細胞和保護正常細胞。一個眾所周知的機制是氫氣具有正確的抗氧化能力，可選擇性地減少高度氧化的有毒自由基，如羥自由基。氫氣獨特的生物安全性使氫氣療法成為一種新興的、前景廣闊的治療策略。氫氣的傳統(tǒng)給藥途徑主要包括吸入氫氣、口服富氫水和注射富氫鹽水。這些途徑接觸首過組織的幾率較高，治療肺部和腸道疾病的療效較好，但治療其他深部疾病的效果有限。這主要是因為這些傳統(tǒng)給藥途徑很難將氫氣輸送/集中到深層疾病部位，原因是氫氣在體內的擴散性很高，但卻漫無目的。解決方案之一是使用原藥負載納米藥物在疾病部位進行高負載輸送和原位控制釋放氫氣。

最近，He等人利用一種微氣泡來共同負載碳氟化合物和氫氣，以實現氫氣的輸送和超聲控制釋放。然而，微氣泡的氫氣負載能力相當低(1.46mM)，且氫氣負載微氣泡的穩(wěn)定性較差(僅穩(wěn)定10分鐘左右)。Chia和Sung等人利用脂質體共同負載金納米粒子、抗壞血酸(AA)和葉綠素，進行光催化產生氫氣。然而，該系統(tǒng)的產氫量受限于脂質體的抗壞血酸負載量(1.8mM)和抗壞血酸的活性氫含量(1.1wt.%)，且該系統(tǒng)的光催化脫氫依賴于外源紫外/可見光的照射，可能導致明顯的光毒性和有限的治療深度。因此，實現H2氣體的高負載輸送和內源性刺激控制釋放對提高療效至關重要，但仍是一項挑戰(zhàn)。

在這項工作中，我們使用氨硼烷(AB)作為生產H2的原藥，因為它不僅具有相當高的儲氫能力(10wt.%)，還能以酸反應的方式分解成H2氣體，這也是我們在這項工作中首次發(fā)現的。此外，我們還利用介孔二氧化硅納米粒子(MSN)的高比表面積和良好的生物相容性，將其作為一種先進的藥物載體，有效地負載AB(653mg/g)。所構建的納米藥物(AB MSN)具有超高的H2負載能力(130.6mg/g)、對瘤內酸微環(huán)境的高響應性(可持續(xù)釋放H2超過2天)、高癌癥治療效果以及高生物安全性。

2結果與討論

圖1 MSN的SEM(A)和TEM(B)圖像以及DLS圖樣(C)。A和B中的比例尺分別為1μm和100nm。

圖2 AB、MSN和AB MSN的傅立葉變換紅外光譜表征(A)，以及用于計算藥物載量的藥物載量百分比與透射強度比I2330nm/I1088nm的標準曲線(B)。

通過SEM、TEM和DLS技術對所獲得的納米載體MSN的形態(tài)、尺寸和介孔結構進行了表征(圖1)。SEM、TEM和DLS數據均表明合成的MSN具有相當均勻的尺寸和良好的單分散性。從SEM和TEM圖像(圖1A和B)來看，MSN的粒徑約為50nm，而水合直徑MSN則稍大(65nm，圖1C)，這是由于表面負電荷和硅醇(圖2A中960cm-1處的IR峰)與水之間的氫鍵作用。我們和牟教授的研究小組發(fā)現，50nm(SEM/TEM尺寸)是細胞吸收效率最高的MSN的最佳尺寸。此外，MSN已被證明具有良好的生物相容性，因此是一種極佳的藥物傳輸納米載體。從圖1B的TEM圖像中可以發(fā)現，MSN具有高度介孔結構，孔徑約為2nm，有利于藥物的高負載和持續(xù)釋放?；谏鲜鰞?yōu)點，研究人員利用50nm單分散MSN作為藥物載體，吸附/包封氫氣原藥AB，構建了納米藥物(AB MSN)。從BET數據(圖S1)中還可以發(fā)現，MSN的介孔在吸附AB后被堵塞，這表明AB已被很好地包裹在MSN的介孔通道中。紅外法測得MSN的AB負載能力高達每1克MSN 653毫克AB(圖2B)，與ICP結果(B:Si的質量比=0.494)一致，對應于超高的H2負載能力(每克MSN 130.6毫克H2)。

方案1 AB MSN納米藥物的構建方法及酸響應分解和H2釋放機理示意圖。

如方案1所示，如此高的載藥量幾乎達到了MSN的最大理論載藥量，這可能歸功于MSN的高比表面積和對AB的強氫鍵吸附。值得注意的是，AB MSN納米藥物的H2負載能力是傳統(tǒng)H2溶劑脂質體納米藥物的1370多倍。如此高的有效載荷對提高氫氣療效和減少載體MSN的用量非常有利。此外，紅外光譜數據也顯示AB與MSN的特征峰重疊(圖2A)，說明AB很好地包裹在MSN中。在圖2A的插圖中，AB MSN在1088cm-1處的肩峰(用綠線標出)反映了MSN的少量存在。最重要的是，AB的所有特征峰在被MSN加載后都得到了很好的保持，這表明AB在MSN中是穩(wěn)定的，沒有發(fā)生分解。